CN110480685A - 一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明设计涉及一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，它是完成由上道焊接工序到下一道滚圆工序的往复搬运工作。主要由红外摄像头、网卡，运动控制部分、工控机处理器、显示器组成的，所述的红外摄像机包括普通CCD相机外加红外光源；所述的运动部分包括驱动控制柜、KUKA六自由度机械手机体；所述的工控机处理部分主要是通过网卡配置采集信息，对图像处理后获取工件位置信息对驱动部分发送控制信号实现机械臂的运动控制。本发明设计通过从原料从成型开始，器件在水平传送带上匀速水平运行到下个流程，器件在传送带上运行时就被红外摄像头拍到其在传送带的空间位置，根据空间位置换算与时间预测，机械手不但把上道焊接工序的器件送到下一道滚圆工序，回来就能按照驱动卡的驱动信号向新的目标定位抓取。避免了中途人工上下料，能够准时、准确、有序、高效进行。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种加工生产线的视觉机械手，尤其是一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手。
背景技术
本发明专利的农用车轮自动生产线视觉机械手的设计就是为了解决中小企业生产的技术创新问题，研究创造自动化流水线中关键环节。由于本设计对象在具体生产过程中环境恶劣、光线很差等问题导致目前中小农用车轮生产企业基本都是全人工或者半人工自动生产流水线，费时费力而且效率低下。不再适合当今工业技术发展的趋势。
发明内容
本发明提出了一种农用车轮自动化加工产线视觉机械手。目的在于解决全人工车轮生产线的费时费力效率低下的问题。
为解决上述缺点，本发明设计的技术方案如下：
一种车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于它是红外摄像头、网卡，运动控制部分、工控机处理器、显示器、工件流预测、坐标转换组成的，所述的红外摄像机包括普通CCD 相机外加红外光源；所述的运动部分包括驱动控制柜、KUKA六自由度机械手机体；所述的工控机处理部分主要是通过网卡配置采集信息，对图像处理后获取信息对驱动部分发送信号实现机械臂的运动控制，所述的工件流预测为卡尔曼滤波预测算法，所述的坐标转换为机械手坐标系、摄像机坐标系、基础坐标系之间的变换。
2.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的红外摄像头为度申牌M2S132M-H型号的黑白CCD相机，外加近距离红外光源。
3.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的运动控制部分为运动控制卡、电机驱动器和控制线路等元器件。
4.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的机械手型号为KUKA KR2210。
5.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；图像处理采用的是开源免费的opencv视觉处理库。
6.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；工件流的预测采用卡尔曼滤波控制算法其具体实现原理如下：用一个四维变量定义系统状态xK，即 (xsK、ysK、xvK、yvK)各自代表工件在x和y走向的位置点和速度，其方程为:
从而本系统的预测模型可以表示为(5-2)：其中dt表示tK到tK-1时刻的时间差。
本系统中只可以看到工件的位置点所以观测模型ZK为：
7.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；机械手坐标系、摄像机坐标系、基础坐标系之间的变换如下：在传送带上组建两个参考坐标系ref1和 ref2,ref1组建在摄像机视线范围内，ref2组建在机器人的抓取空间范围内。使用其中一副标定板图像组建参考坐标系ref1，得出ref1与相机坐标系cam的相对位姿camHref1；ref1与ref2 之间只存在X一侧的平移关系，位姿关系为ref1Href2；同样利用工件三点标点法标定ref2与 base机械手基坐标系，
8.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的工控机处理部分上位机控制软件基与Windows7操作系统，使用微软公司VisualStudio2010开发环境编程，利用其自带的MFC框架设计与开发。上位机的控制程序需要对机械臂和相机进行控制。上位机通过以太网与相机和机械臂通信，为每个设备设置同网段独立IP地址，采用 TCP/IP通讯协议来保证数据传输的准确性。
本发明设计与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明设计通过从原料从成型开始，在水平传送带上匀速水平运行到下个流程，在传送带上运行时就被红外摄像头拍到传送带的位置，根据位置换算与时间预测，机械手在把上一个器件送到下一道工序后，回来就能按照驱动卡的驱动信号向新的目标定位抓取。避免了中途人工上下料，能够准时、准确、有序、高效进行。
附图说明
图1为本发明创新实物分布的结构示意图。
图2为本发明系统结构示意图。
图3为本发明实施流程示意图。
图4椭圆算法流程
具体实施方式
下面结合附图对发明设计作进一步说明。
如图1所示，该车轮自动加工生产线视觉机械手依次包括5水平匀速的工作界面、1红外摄像机、2主机控制及上位机、3驱动控制柜、4机械手本身、6编码反馈。
如图2、3所示，为完成基于视觉的抓取系统，首先经过摄像机的标定坐标系的转换、工件流定位，卡尔曼滤波预测、有抓取设备、图像捕捉设备以及数据处理设备，故硬件总体结构可以分为机械臂控制部分、上位机控制部分对机械手根据预测位置实施指令控制。上位机硬件部分由工控机和网卡组成。它能够将要传输数据的格式转换网络上通用数据格式，实现设备之间数据传输。工控机主要做控制外部设备和图像数据分析与处理的工作，具体工作内容如下:
(1)对图像捕捉(相机)发送控制命令(红外近光源常开)，调整相机内部参数，或者控制相机获取外部图像，并接收其传来图像数据。
(2)对图像数据进行数据分析与处理。本生产线生产的器件特点都为规则器件，考虑到实时性采用椭圆检测方法：采用一种Michele Fornaciari提出的应用于嵌入式系统视觉应用的快速椭圆检测方法。该算法主要包含图4三个模块：椭圆弧提取，椭圆检测，后处理：
通过器件的轮廓识别判断被测物体种类以及获取被测物体在图像中的位姿，利用上述的坐标系转换并推导出物体在通用坐标系下的位姿，根据传送带具体运行的速度推算机械手与器件再次相交的时间(可以使用卡尔曼滤波预测)，给机械手一个预测执行位置，在机械手精确位置的控制过程中拟采用改进的模糊PID控制算法。
(3)对机械臂控制部分中的运动控制卡发送控制命令，进而控制机械臂各关节旋转到期望角度，从而完成抓取工作；向运动控制卡发送查询命令，查看机械臂各电机的实时工作状态。
机械臂控制部分主要由运动控制卡、电机驱动器、伺服电机、编码器、六自由度机械臂五部分组成。通过接受上位机的控制命令控制六自由度机械臂来完成目标抓取工作，可向上位机反馈电机工作情况，其各自功能分别如下:
(1)运动控制卡能够实现数字输入/输出、脉冲输出/计数等功能和直线插补、关节插补等控制策略，可以完成对电机在转速、位移、速度、加速度等方面的控制。运动控制卡通过其内置网卡接受上位机控制命令并转化成脉冲信号，用来控制电机多轴协同工作。运动控制卡带有查询和反馈功能，可以实时查看电机的运动状态并反馈给上位机。
(2)电机驱动器用来直接控制电机，通过接受运动控制卡的脉冲信号，将信号进行滤波和增强处理，并将处理后信号传给伺服电机使其工作。
(3)伺服电机是利用电磁感应的原理，将电能转化成机械能的装置。电机通过接受脉冲信号，利用线圈将电能转化成扭矩来实现工作。伺服电机每收到一个脉冲就控制电机旋转某一固定角度，电机的转速可以通过调解脉冲的频率来控制。
(4)编码器用来记录电机的运行状态。与电机驱动器和电机相连，记录电机运行的状态并传递给电机驱动器，用来修正电机实际运转产生的误差。
(5)六自由度机械臂通过电机旋转带动关节运动，实现对被测物体抓取工作。
Claims (8)
1.一种车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于它是红外摄像头、网卡，运动控制部分、工控机处理器、显示器、工件流预测、坐标转换组成的，所述的红外摄像机包括普通CCD相机外加红外光源；所述的运动部分包括驱动控制柜、KUKA六自由度机械手机体；所述的工控机处理部分主要是通过网卡配置采集信息，对图像处理后获取信息对驱动部分发送信号实现机械臂的运动控制，所述的工件流预测为卡尔曼滤波预测算法，所述的坐标转换为机械手坐标系、摄像机坐标系、基础坐标系之间的变换。
2.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的红外摄像头为度申牌M2S132M-H型号的黑白CCD相机，外加近距离红外光源。
3.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的运动控制部分为运动控制卡、电机驱动器和控制线路等元器件。
4.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的机械手型号为KUKR KR2210。
5.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；图像处理采用的是开源免费的Opencv视觉处理库。
6.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；工件流的预测采用卡尔曼滤波控制算法其具体实现原理如下：用一个四维变量定义系统状态xK，即(xsK、ysK、xvK、yvK)各自代表工件在x和y走向的位置点和速度，其方程为:
从而本系统的预测模型可以表示为(5-2)：其中dt表示tK到tK-1时刻的时间差。
本系统中只可以看到工件的位置点所以观测模型ZK为：
7.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；机械手坐标系、摄像机坐标系、基础坐标系之间的变换如下：在传送带上组建两个参考坐标系ref1和ref2,ref1组建在摄像机视线范围内，ref2组建在机器人的抓取空间范围内。使用其中一副标定板图像组建参考坐标系ref1，得出ref1与相机坐标系cam的相对位姿camHref1；ref1与ref2之间只存在X一侧的平移关系，位姿关系为ref1Href2；同样利用工件三点标点法[5]标定ref2与base机械手基坐标系。
8.根据权利1所述的一种农用车轮自动加工生产线视觉机械手，其特征在于；所述的工控机处理部分上位机控制软件基于Windows7操作系统，使用微软公司VisualStudio 2010开发环境编程，利用其自带的MFC框架设计与开发。上位机的控制程序需要对机械臂和相机进行控制。上位机通过以太网与相机和机械臂通信，为每个设备设置同网段独立IP地址，采用TCP/IP通讯协议来保证数据传输的准确性。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114634007A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-06-17 | 国能黄骅港务有限责任公司 | 翻车机给料系统及其低料位检测方法、装置 |
| CN115108259A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-27 | 歌尔股份有限公司 | 复合运输设备控制方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104369188A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-02-25 | 中国计量学院 | 基于机器视觉和超声波传感器的工件抓取装置与方法 |
| CN107414832A (zh) * | 2017-08-08 | 2017-12-01 | 华南理工大学 | 一种基于机器视觉的移动机械臂抓取控制系统及方法 |
| CN108161931A (zh) * | 2016-12-07 | 2018-06-15 | 广州映博智能科技有限公司 | 基于视觉的工件自动识别及智能抓取系统 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104369188A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-02-25 | 中国计量学院 | 基于机器视觉和超声波传感器的工件抓取装置与方法 |
| CN108161931A (zh) * | 2016-12-07 | 2018-06-15 | 广州映博智能科技有限公司 | 基于视觉的工件自动识别及智能抓取系统 |
| CN107414832A (zh) * | 2017-08-08 | 2017-12-01 | 华南理工大学 | 一种基于机器视觉的移动机械臂抓取控制系统及方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114634007A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-06-17 | 国能黄骅港务有限责任公司 | 翻车机给料系统及其低料位检测方法、装置 |
| CN114634007B (zh) * | 2022-02-11 | 2024-03-22 | 国能黄骅港务有限责任公司 | 翻车机给料系统及其低料位检测方法、装置 |
| CN115108259A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-27 | 歌尔股份有限公司 | 复合运输设备控制方法、装置、设备及存储介质 |
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